膨胀节在CAESARII中的应用与模拟.doc

波纹管膨胀节在高温管系中的应用 一、膨胀节的类型及典型管段的补偿设计 1 单式轴向型膨胀节 2 复式拉杆型膨胀节 3 弯管压力平衡型膨胀节 4 铰链型膨胀节 5 万向铰链型膨胀节 当管道输送介质或管道所处环境有温度变化时，管道由温度引起的热胀冷缩是不可避免的，如果不采取一定的方式补偿该尺寸变化，将会在管壁内产生很高的应力，通过管道传至固定管架或设备，当温差过某一范围时，温差应力大于管子可承受的应力范围，这时就必须考虑补偿问题。 在管系补偿设计中，最为经济的是自然补偿，自然补偿是利用管道的自然弯曲形状所具有的柔性来补偿热位移，显然自然补偿的能力是有限的，当自然补偿不能要求时，通常应考虑设置膨胀节。管系所受载荷主要是外力载荷（管道及流动介质自重，内压，风载，地震 荷载等〕和位移载荷，设置管架的目的在于消除外载作用在设备或管道上的作用力，且可把复杂管系分隔成形状比较简单，独立膨胀的管段，保证膨胀节的最佳使用效果。设置膨胀节的目的，在于吸收管道自身无法吸收的热变形，最大限度地减小位移载荷。本文根据不同类型膨胀节的使用特点，给出了几种典型管系的补偿设计方案，结合实际，对三铰链型膨胀节（包括万向铰链型）所组成的系统，复式拉杆型膨胀节，弯管压力平衡型膨胀节在工作中对管架或设备的作用力和力矩进行了分析计算，讨论了膨胀节中波纹管的腐蚀问题。 膨胀节的类型及典型管段的补偿设计。 1、单式轴向型膨胀节 由一个波纹管和两个可与相邻管道、设备相接的端管（或法兰）等组成的挠性装置，主要用于补偿直管段轴向位移，另外也可以吸收少量的横向位移，图1 是采用轴向型膨胀节设置实例。 在存在横向位移或存在轴向与横向组合位移的场合，使用单式膨胀节所受到的限制主要是膨胀节吸收横向位移的能力有限。另外在工作压力，温度较高，直径较大或无法在结构物上安设主固定支架或多个导向支架的场合，使用轴向型膨胀节可能行不通。 2、复式拉杆型膨胀节 由中间接管连接的两个波纹管及拉杆、端板等组成的挠性装置，以横向位移方式补偿平面或立体弯曲管段的热位移，拉杆装置应能承受压力推力及其附加外力的作用。复式拉杆型膨胀节特别适合吸收横向位移，此外，这种设计形式也可用于吸收轴向位移，角位移以及任意由这三种形式合成的位移，一般用法是将这种带连杆的膨胀节设置在呈90°的“Z”形管系的中间管臂内，调整连杆以阻止外部的轴向位移，图2、3 是两个应用实例。 图2 表示，复式连杆型膨胀节吸收单平面“Z”形弯管的横向位移，中间管臂连杆以内的热位移用膨胀节的轴向位移来吸收，水平管线的热位移由膨胀节的横向位移来吸收。由于压力推力是由连杆来承受的，所以两端均使用中间固定支架，由于作用于管线上的轴向力，是膨胀节产生的变形反力，因此只需使用导向支架。中间管臂上位于连杆以外的部分，如两端弯管的热膨胀必须由水平管道的弯曲来吸收。 图3 是在空间“Z” 弯管中使用带连杆的万能式膨胀节的典型实例。由 于万能式膨胀节可以吸收任何方向的横向位移，所以两个水平管臂可以在水平面 上处于任意方位。 3、弯管压力平衡型膨胀节 由两个或一个工作波纹管和一个平衡波纹管以及端管，端板、弯头、封头、拉杆等组成的挠性装置，用于补偿管段的轴向位移，横向位移或二者的合成位移，且不使固定管架或相连设备承受压力推动的作用，拉杆装置承受压力推力和其它附加外力的作用。弯管压力平衡式膨胀节的主要优点，是它在吸收来自外部的轴向位移时，不会使系统受到内压推力的作用。由波纹管整体刚度造成的力并未消除，实际上这个力一般要超过单式膨胀节位移引起的弹力。因为工作波纹管和平衡波纹管都要受到压缩或拉伸，作用在管道或设备上的力是两者的轴向合力。 1）、图4 是存在轴向与横向组合位移的时使用弯管压力平衡式膨胀节的 典型实例，在管道的端部和汽轮机上的支架均为中间固定支架，并且只需要使用 导向支架，采用合理的设计可以使汽轮机上方的导向支架承受使膨胀节产生轴向 位移的作用力，避免该力作用到汽轮机上，作用在汽轮机上的只有使膨胀节产生 横向位移的作用力。 2 图5 所示为一种常见的非常适于使用弯管压力平衡型膨胀节的场合。在工艺操作中，容器和竖向管道的膨胀量可能不同，按图示安装一压力平衡式膨胀节，竖直方向的位移差可以由膨胀节的轴向位移吸收，容器中心线到管线之间的热膨胀可由膨胀节的横向位移吸收。 4、直管压力压力平衡型膨胀节 4、铰链型膨胀节 由一个波纹管、两组与端管相连的铰链板及一对销轴等组成的挠性装置，铰链式膨胀节一般以两、三个作为一组使用，用于吸收单平面管系中一个或多个方向的横向位移。在这种系统中每一个膨胀节被它的铰链板所制约，产生纯角位移，然而，被管段分开的每对铰链型膨胀节互相配合可吸收横向位移。给定单个膨胀节的角位移，每